Mechaniczna dezintegracja komórek mikroorganizmów
Ładowanie...
Data
2012
Autorzy
Tytuł czasopisma
ISSN czasopisma
Tytuł tomu
Wydawca
Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
Lodz University of Technology Press
Lodz University of Technology Press
Abstrakt
Zamieszczono krytyczną analizę modelowania matematycznego procesu dezintegracji
komórek mikroorganizmów realizowanego w młynach perełkowych. Wykazano
konieczność prowadzenia dalszych rozważań i badań celem dotarcia do natury zjawisk
występujących podczas technologicznego uwalniania związków wewnątrzkomórkowych.
Skuteczność prowadzonych tak ukierunkowanych działań może przyczynić się do osiągnięcia
dalszego znaczącego postępu technicznego.
Przedstawiono opracowaną teorię losowego przekształcania rozproszonych obiektów
materialnych w ograniczonym ośrodku. Na jej podstawie zbudowano ogólny model
fenomenologiczny oparty na cyrkulacji masy pomiędzy rodzajami objętości różniącymi
się właściwościami. W modelu założono możliwości przekształcania materii w wyniku
działania czynników fizycznych, chemicznych lub biologicznych w rozproszonych rodzinach
objętości generowanych losowo, w przestrzeni ośrodka materialnego. Przedstawiono
ogólny opis matematyczny przekształcania materii w postaci układu nieliniowych
równań różniczkowych pierwszego rzędu. Podano obszary zastosowań teorii do badania,
modelowania, optymalizacji lub zarządzania procesami w takich dziedzinach, jak technologia
przemysłowa, ochrona środowiska, chemia, biologia, medycyna, weterynaria,
higiena i rolnictwo. Wykazano możliwość analizowania fundamentalnych zjawisk i mechanizmów
badanych procesów.
Teorię przekształcania materii rozproszonej wykorzystano do modelowania
dezintegracji mikroorganizmów. Zbudowano model fenomenologiczny procesu
przeprowadzanego w wypełnieniu elementami sferycznymi. Badania wykonano dla
drożdży piekarskich Saccharomyces cerevisiae dezintegrowanych w młynie perełkowym.
Kinetykę rozrywania komórek wyznaczono za pomocą komputerowej analizy obrazów
mikroskopowych. Przebieg uwalniania związków wewnątrzkomórkowych badano
metodą Bradforda oraz na podstawie pomiarów absorbancji przy długości fali 260 nm.
Przeprowadzono badania wpływu dezintegracji komórek na własności reologiczne
zawiesiny drożdży i otrzymywanego z niej supernatantu.
Wykazano znaczny wpływ wielkości mikroorganizmów na stałą szybkość ich
rozrywania. Przedstawiono oparty na modelu fenomenologicznym matematyczny opis
procesu. Wykazano możliwość występowania nieliniowego przebiegu dezintegracji
spowodowanego zanikaniem w trakcie procesu kolejno największych frakcji rozmiarowych
komórek. Przy bardzo małej koncentracji mikroorganizmów prawdopodobieństwo wystąpienia
takiego efektu jest bardzo duże. Jego wartość maleje wraz ze zwiększaniem
stężenia biomasy. W oparciu o matematyczny model wykazano znaczną intensyfikację
oddziaływań między komórkami wraz ze zwiększaniem stężeń zawiesiny w zakresie
dużych jej wartości. Rezultaty te potwierdzono wynikami badań reologicznych. Podano
hipotezy odchyleń przebiegu procesu od liniowości dla dużych i bardzo dużych stężeń
zawiesiny.
A critical analysis of mathematical modeling of microbial cells disintegration in head mills is presented. Further studies and researches have been proven necessary to explain the nature of phenomena that occur during technological release of intracellular compounds. The efficacy of such researches can help us achieve further significant technical progress. A theory of random transformation of materiał objects dispersed in a limited medium has been proposed. This was a starting point for a generał phenomenological model based on mass circulation between volumes with different characteristics. A possibility of matter transformation induced by physical, chemical or biological agents active in dispersed families of volumes generated randomly in the materiał medium was assumed in the model. A generał mathematical description of matter transformation in the form of a system of nonlinear differentia! first-order equations was proposed. The areas in which the theory can be applied in researches, modeling, optimization or process management in such fields as industrial technology, environmental protection, chemistry, biology, medicine, veterinary medicine, hygiene and agriculture were mentioned. A possibility of analyzing fundamental phenomena and mechanisms of the investigated processes was demonstrated. The theory of disperse matter transformation was used in modeling the disintegration of microorganisms. A phenomenological model of the process carried out in the spherical elements packing was built. Investigations were made for haker' s yeast Saccharomyces cerevisiae disintegrated in a head mill. Cell disruption kinetics was determined by means of a computer analysis of microscopic images. The release of intracellular compounds was examined by Bradford' s method and on the basis of absorbance measurements at the wavelength of 260 nm. The effect of cell disintegration on rheological properties of yeast suspension and supernatant obtained from it was studied. A considerable effect of the microorganism size on the constant rate of its disruption was revealed. A mathematical description of the process based on the phenomenological model was presented. lt was shown that nonlinearity of disintegration instigated by the decay of subsequent biggest cell fractions during the process was possible. This probability, which was very high at a small concentration of microorganisms, decreased with an increase of biomass concentration. Basing on the mathematical model, it was shown that interactions between cells were notably intensified at high concentrations of the suspension. These results were confirmed by rheological studies. Hypotheses concerning deviations of the process from linearity for high and very high concentrations of the suspension were given.
A critical analysis of mathematical modeling of microbial cells disintegration in head mills is presented. Further studies and researches have been proven necessary to explain the nature of phenomena that occur during technological release of intracellular compounds. The efficacy of such researches can help us achieve further significant technical progress. A theory of random transformation of materiał objects dispersed in a limited medium has been proposed. This was a starting point for a generał phenomenological model based on mass circulation between volumes with different characteristics. A possibility of matter transformation induced by physical, chemical or biological agents active in dispersed families of volumes generated randomly in the materiał medium was assumed in the model. A generał mathematical description of matter transformation in the form of a system of nonlinear differentia! first-order equations was proposed. The areas in which the theory can be applied in researches, modeling, optimization or process management in such fields as industrial technology, environmental protection, chemistry, biology, medicine, veterinary medicine, hygiene and agriculture were mentioned. A possibility of analyzing fundamental phenomena and mechanisms of the investigated processes was demonstrated. The theory of disperse matter transformation was used in modeling the disintegration of microorganisms. A phenomenological model of the process carried out in the spherical elements packing was built. Investigations were made for haker' s yeast Saccharomyces cerevisiae disintegrated in a head mill. Cell disruption kinetics was determined by means of a computer analysis of microscopic images. The release of intracellular compounds was examined by Bradford' s method and on the basis of absorbance measurements at the wavelength of 260 nm. The effect of cell disintegration on rheological properties of yeast suspension and supernatant obtained from it was studied. A considerable effect of the microorganism size on the constant rate of its disruption was revealed. A mathematical description of the process based on the phenomenological model was presented. lt was shown that nonlinearity of disintegration instigated by the decay of subsequent biggest cell fractions during the process was possible. This probability, which was very high at a small concentration of microorganisms, decreased with an increase of biomass concentration. Basing on the mathematical model, it was shown that interactions between cells were notably intensified at high concentrations of the suspension. These results were confirmed by rheological studies. Hypotheses concerning deviations of the process from linearity for high and very high concentrations of the suspension were given.
Opis
Słowa kluczowe
dezintegracja drobnoustrojów - modele matematyczne, proces dezintegracji komórek mikroorganizmów, młyny perełkowe, microbial disintegration - mathematical models, process of disintegration of microorganism cells, pearl mills